AT6339U1

AT6339U1 - Zweitakt-brennkraftmaschine mit längsspülung

Info

Publication number: AT6339U1
Application number: AT0041302U
Authority: AT
Inventors: Andrei Dipl Ing Ludu; Gerhard Dr Regner
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2003-08-25
Also published as: US6892682B2; US20040103863A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) mit Längsspülung, mit zumindest einem in einem Zylinder (2) hin- und hergehenden Kolben (3), mit zumindest einem in einem Zylinderkopfboden (5) angeordneten Auslassventil (4) und zumindest einem von einer Steuerkante des Kolbens (3) überfahrbaren Einlassschlitz (6) pro Zylinder (2), mit zumindest einer Abgasrückführleitung (16) zur Rückführung von Abgas in einem Brennraum (17) und zumindest einem Abgasrückführventil (19) zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge. Um auf möglichst einfache Weise eine Abgasrückführung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung (16) direkt vom Brennraum (17) ausgeht und dass das Abgasrückführventil (19) als ein im Bereich des Eintrittes (18) der Abgasrückführleitung (16) im Zylinderkopfboden (5) angeordnetes Hubventil ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Längsspülung, mit zumindest einem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben, mit zumindest einem in einem Zylinderkopfboden angeordneten Auslassventil und zumindest einem von einer Steuerkante des Kolbens überfahrbaren Einlassschlitz pro Zylinder, mit zumindest einer Abgasrückführleitung zur Rückführung von Abgas in den Brennraum und zumindest einem Abgasrückführventil zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge.

Eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Längsspülung und Abgasrückführung ist aus der JP 06-257520 A bekannt. Die Abgasrückführleitung zweigt dabei vom Auslasskanal ab und mündet in einen den Zylinder im Bereich der Einlassschlitze umgebenden Einlasssammler. Zur Steuerung der Abgasrückführung ist in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführventil vorgesehen.

Es ist bekannt durch Rückführung von Abgas die Nox-Emissionen zu reduzieren.

Bei längsgespülten Zweitakt-Diesel-Grossmotoren ist eine Abgasrückführung allerdings nicht ohne grösseren Aufwand lösbar, da die mittleren Spüldrücke ständig höher sind als die mittleren Abgasgegendrücke. Bei Grossmotoren ist die aus der JP 06-257520 A bekannte Rückführung von Abgas in einen Einlasssammelraum somit nicht ohne zusätzlichen Aufwand möglich. Ein weiterer Nachteil des
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kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise die Abgasrückführrate zu erhöhen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Abgasrückführleitung direkt vom Brennraum ausgeht und dass das Abgasrückführventil als ein im Bereich des Eintrittes der Abgasrückführleitung im Zylinderkopfboden angeordnetes Hubventil ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Abgasrückführleitung über zumindest einen vom Kolben gesteuerten, durch den Einlassschlitz gebildeten Steuerschlitz in den Brennraum mündet. Dadurch, dass die Abgasrückführung über ein eigenes Hubventil gesteuert wird, wird eine von den Auslasssteuerzeiten unabhängige Abgasrückführung möglich.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Abgasrückführventil durch eine Betätigungseinrichtung annähernd gleichzeitig mit dem Auslassventil oder früher als das Auslassventil ge- öffnet und vorzugsweise vor, gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Freigeben des Einlassschlitzes geschlossen werden kann. Dadurch kann auch bei Spüldrü-

cken, welche höher sind als die mittleren Abgasgegendrücke, eine Abgasrückfüh- rung durchgeführt werden. Dies ist insbesondere für Grossmotoren von grosser
Bedeutung. Das Schliessen des Abgasrückführventils erfolgt vor, gleichzeitig mit oder nach dem Öffnen des Einlassschlitzes, wobei eine kurze Überschneidung möglich ist. Während eines Zyklus kann das Abgasrückführventil auch mehrmals geöffnet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Bereich der Mündung der Abgasrückführleitung eine das rückgeführte Abgas auf mehrere Einlassschlitze aufteilende Leitein- richtung angeordnet ist. Dadurch wird eine Auffächerung und bessere Verteilung der rückgeführten Abgase im Zylinder und höhere Abgasrückführraten erreicht, sowie ein Rückströmen der rückgeführten Abgase in den Einlasssammler verhindert.

Die Abgasrückführleitung verläuft vorzugsweise in Richtung der Zylinderachse unmittelbar angrenzend an den Zylinder bzw. die Zylinderbuchse und mündet aufgefächert radial direkt vor die Einlassschlitze, um einen Grossteil des Verbrennungsgases direkt in den Zylinder zu leiten.

Um die Wirkung des Restgases auf die Stickoxidemissionen weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Abgasrückführleitung zumindest abschnittsweise von einem Kühlmittelmantel umgeben ist. Darüber hinaus kann ein Brand im Einlasssammler durch Flammenrückschlag ("Airbox firing") verhindert werden. Zur zusätzlichen Kühlung kann vorgesehen sein, dass in die Abgasrückführleitung eine Einspritzeinrichtung für Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, einmündet, was zusätzlich emissionsvermindernd wirkt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen schematisch Fig. 1 die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt durch einen Zylinder, Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1, Fig. 3 den Zylinder aus Fig. 1 und 2 schematisch in einer Schrägansicht, Fig. 4 eine mögliche Ventilanordnung pro Zylinder, Fig. 5 ein Schaltbild der Brennkraftmaschine und Fig. 6 ein Ventilerhebungsdiagramm.

Die Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 weist mehrere Zylinder 2 mit jeweils einem hin-und hergehenden Kolben 3 auf. Pro Zylinder 2 sind mehrere Auslassventile 4 im Zylinderkopfboden 5 und mehrere Einlassschlitze 6 in der Zylinderwand des Zylinders 2 angeordnet. Die Einlassschlitze 6 werden von Steuerkanten des Kolbens 3 überstrichen. Mit Bezugszeichen 7 ist eine den Kolben 3 mit einer Kurbelwelle 8 verbindende Pleuelstange bezeichnet.

Der Zylinder 2 ist von einem Einlasssammler 9 umgeben, welcher über die Einlassschlitze 6 mit dem Zylinder 2 verbunden ist. Die durch das Kompressorrad 10 eines Abgasturboladers 11 komprimierte Ansaugluft wird durch den Ladeluftküh- ler 12 abgekühlt und gelangt in den Einlasssammler 9. In die vom Kolben 3 im Zylinder 2 komprimierte Ansaugluft wird über die Einspritzeinrichtung 13 Kraftstoff eingespritzt. Nach erfolgter Selbstzündung werden die Abgase über das Auslassventil 4 in den Auslasskanal 14 geschoben und gelangen unter Passieren
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Rückführung der Abgase in den Zylinder 2 vorgesehen.

Die Abgasrückführleitung 16 geht direkt vom durch den Zylinderkopfboden 5 und den Kolben 3 gebildeten Brennraum 17 aus, wobei im Bereich des Eintrittes 18 in die Abgasrückführleitung 16 ein als Hubventil ausgebildetes Abgasrückführventil 19 angeordnet ist. Die Abgasrückführleitung 16 führt unmittelbar neben dem Zylinder 2 bzw. der Zylinderbuchse parallel zur Zylinderachse 2a zu den Einlassschlitzen 6 und
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telbar vor dem Einlassschlitz 6 in einem kurzen Einlasskanal 6a zwischen Einlass- sammler 9 und Einlassschlitz 6, unmittelbar stromaufwärts in den Einlasssamm- ler 9 oder direkt in den Einlassschlitz 6 ein. Das Restgas wird während des Aus- lasstaktes bei geöffnetem Abgasrückführventil 19 in die Abgasrückführleitung 16 geschoben.

Zu Beginn der Einlassperiode herrscht ein grosses Druckgefälle zwischen Abgasrückführleitung 16 und Brennraum 17, wodurch das der Einlassluft vorgelagerte Restgas in den Zylinder 2 gesaugt wird. Dadurch kann auch bei an sich ungünstigen Verhältnissen zwischen dem Druck im Einlasssammler 9 und dem Abgasdruck eine Abgasrückführung durchgeführt werden.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist im Bereich der Mündung 20 der Abgasrückführleitung 16 eine Leiteinrichtung 21 vorgesehen, welche das rückgeführte Abgas fächerartig auf mehrere Einlassschlitze 6 aufteilt. Dadurch können höhere Abgasrückführraten erreicht und ein Rückströmen des Abgases in den Einlasssammler 9 verhindert werden.

In Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung des Abgasrückführventils 19 und der Auslassventile 4 eingezeichnet. Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung der Abgasrückführventils 19 und der Auslassventile 4. Dabei ist jede praktisch verwirklichbar Anzahl an Auslassventilen 4 möglich.

Zur Verminderung der Stickoxidbildung ist die Abgasrückführleitung 16 von einem Kühlmittelmantel 22 umgeben, welcher ein Teil des Kühimittelmantels 23 für den Zylinder 2 sein kann. Zur zusätzlichen Kühlung der rückgeführten Abgase

kann über eine Einspritzeinrichtung 24 Wasser in die Abgasrückführleitung 16 eingespritzt werden.

In Fig. 6 ist der Ventilhub h für das Auslassventil 4 und für das Abgasrückführventil 19 über dem Kurbelwinkel CA dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass das Öffnen des als Hubventil ausgeführten Abgasrückführventils 19 primär in etwa zur selben Zeit erfolgt, wie das Öffnen des oder der Auslassventile 4, um eine vernünftig hohe Masse auszuschieben. Wird das Abgasrückführventil 19 kurz vor dem Auslassventil 4 geöffnet, lassen sich besonders hohe Abgasrückführraten verwirklichen. Das Schliessen des Abgasrückführventils 19 erfolgt vor dem Öffnen der Einlassschlitze 6, wobei eine kurze Überschneidung vorhanden ist. Das primäre Öffnen des Abgasrückführventils 19 ist mit strichlierten Linien eingezeichnet.

Zusätzlich kann ein weiteres oder mehrmaliges Öffnen des Abgasrückführventils 19 erfolgen, wie exemplarisch in Fig. 6 durch die punktierte Linie dargestellt ist.

Claims

EMI5.1 1. Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) mit Längsspülung, mit zumindest einem in einem Zylinder (2) hin-und hergehenden Kolben (3), mit zumindest einem in einem Zylinderkopfboden (5) angeordneten Auslassventil (4) und zumin- dest einem von einer Steuerkante des Kolbens (3) überfahrbaren Einlass- schlitz (6) pro Zylinder (2), mit zumindest einer Abgasrückführleitung (16) zur Rückführung von Abgas in einen Brennraum (17) und zumindest einem Abgasrückführventil (19) zur Steuerung der rückgeführten Abgasmenge, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (16) direkt vom Brennraum (17) ausgeht und dass das Abgasrückführventil (19) als ein im Bereich des Eintrittes (18) der Abgasrückführleitung (16) im Zylinderkopf- boden (5) angeordnetes Hubventil ausgebildet ist.

2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (16) über zumindest einen vom Kolben (3) ge- steuerten Steuerschlitz in den Zylinder (2) mündet.

3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschlitz der Einlassschlitz (6) ist. EMI5.2 Einlassschlitzes (6) in einen Einlasskanal (6a) oder einen Einlasssammler (9) mündet, oder im Bereich des Einlassschlitzes (6) endet. EMI5.3 richtung (21) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (16) unmittelbar anschlie- ssend an den Zylinder (2) und vorzugsweise im Wesentlichen in Richtung der Zylinderachse (2a) angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (16) zumindest abschnitts- weise von einem Kühlmittelmantel (23) umgeben ist.

8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass in die Abgasrückführleitung (16) eine Einspritzeinrich- tung (24) für ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, einmündet. <Desc/Clms Page number 6>

9. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (16) durch eine Betätigungs- einrichtung annähernd gleichzeitig mit dem Auslassventil (4) oder früher als das Auslassventil (4) geöffnet und vorzugsweise vor, gleichzeitig oder un- mittelbar nach mit dem Freigeben des Einlassschlitzes (6) geschlossen wer- den kann.

10. Verfahren zur Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine (1) bei der Abgas während einer Auslassperiode über ein Abgasrückführventil (19) dem Brennraum (17) entnommen und über eine Abgasrückführleitung (16) wie- der in der darauffolgenden Einlassperiode dem Brennraum (17) zugeführt wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das direkt dem Brennraum (17) entnommene Abgas über zumindest einen Einlassschlitz (6) direkt in den Zylinder (2) rückgeführt wird, wobei das rückgeführte Abgas bis zur Öffnung des Einlassschlitzes (6) durch den Kol- ben (3) im Bereich des Einlassschlitzes (6) der Einlassluft vorgelagert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas- rückführventil (19) annähernd gleichzeitig mit dem Auslassventil (4) oder früher als das Auslassventil (4) geöffnet und vorzugsweise vor, gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Freigeben des Einlassschlitzes (6) geschlos- sen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (16) mehrmals während eines Arbeitszyklus geöffnet wird.